比亞迪首發(fā)“升流充電”，電氣架構(gòu)迎來大電流挑戰(zhàn)

電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/梁浩斌）在電動汽車，我們經(jīng)常可以聽到“升壓快充”的概念，這也是大多數(shù)電動汽車提高充電速度的主要方式。今年5月，比亞迪發(fā)布的e平臺3.0 Evo中，提到了一個比較新鮮的概念——“升流充電”。那么升流充電有什么優(yōu)勢，技術(shù)難度在哪？

升流充電是升壓充電的“逆向操作”

在升壓充電推出時，電動汽車所面臨的市場環(huán)境是，2017年之前國內(nèi)公共直流充電樁中，500V充電樁的比例一度超過90%。這也意味著，如果車輛電池包的電壓高于500V，即電池包電壓大于充電樁能提供的最高電壓，那么將無法充電。

所以，要想讓電動汽車適配更多市面上的充電樁，就需要通過某種方式，將充電樁輸入的電壓提升到電池包相同或更高的水平。傳統(tǒng)的做法是在車內(nèi)增加額外用于升壓的DC-DC模塊，采用boost升壓電路進(jìn)行升壓，不過額外增加的模塊，一方面增加成本，另一方面也占用車內(nèi)寶貴的空間。

有沒有更低成本的方法？在boost升壓電路中，一般是由功率開關(guān)管，比如IGBT、SiC MOSFET等，以及整流二極管、電感電容等元器件構(gòu)成。恰好電機(jī)控制模塊中，其實(shí)也是由類似的元件構(gòu)成。在平時充電的時候車輛都會處于靜止?fàn)顟B(tài)，那么閑置的電機(jī)控制電路就可以復(fù)用作為充電時升壓使用。

比亞迪在2021年發(fā)布的e平臺3.0上，推出了復(fù)用電驅(qū)系統(tǒng)的升壓充電方案，通過控制信號的改變，除了可以實(shí)現(xiàn)boost電路的升壓之外，還能實(shí)現(xiàn)buck電路降壓，將電池包高壓降為220V，外放輸出給電器設(shè)備使用，即V2L功能。

當(dāng)然，比亞迪積極推進(jìn)這種技術(shù)的原因，主要是因?yàn)楸葋喌鲜禽^早在電動車上使用高壓電池包的車企，早在2015年比亞迪就在唐DM上使用了712V的電池包，而當(dāng)時其他電動車或混合動力車型電池電壓還停留在400V以下的水平。

后來現(xiàn)代E-GMP平臺也采用了復(fù)用電驅(qū)的升壓方案，充電時用后驅(qū)動電機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行升壓。

電驅(qū)復(fù)用升壓充電也有一些局限性，充電功率的上限，取決于電機(jī)逆變器的功率設(shè)計(jì)。比如后電機(jī)的最大功率是160kW，那么升壓充電的最大功率也會被限制在160kW。

升流充電顧名思義，提升充電功率的方式從提高電壓，改為增大電流。傳統(tǒng)的充電方法通常受限于較低的電流，這是因?yàn)榇蟛糠殖潆娀A(chǔ)設(shè)施，尤其是公共充電樁，設(shè)計(jì)時考慮的是普遍適用性和安全性，因而電流上限不高。

實(shí)際上，經(jīng)過最近幾年電動汽車市場的快速發(fā)展，充電樁已經(jīng)得到了多輪升級，目前根據(jù)騰勢統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)，750V以上的高壓充電樁，已經(jīng)占到目前市場上公共直流樁的80%以上。另外800V平臺車型，絕大部分的電池包電壓都在700V附近，所以目前對于電動汽車來說，升壓對于提升充電功率的作用已經(jīng)沒有過去那么明顯。

對于公共充電樁而言，過去的充電樁國標(biāo)中，充電槍最高輸出電流被限制在250A。當(dāng)然有一些新勢力車企的自建樁可以達(dá)到更高的電流，以達(dá)到更高的充電功率，但總體來說，在公共充電樁中占比較小。

比亞迪統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)顯示，市場上的公共直流充電樁中，最大電流250A及以下的充電樁占比98%。

然而以750V的充電樁為例，在最大電流250A的情況下，最大充電功率是750V*250A，即187.5kW。如果電池包電壓小于750V，比如600V，那么對應(yīng)的最大充電功率就受限于電流，為600V*250A，即150kW，顯然沒有完全利用充電樁的功率輸出。

所以在e平臺3.0EVO上，比亞迪給出的方案是臨時搭建750V電壓平臺與充電樁對接，跑滿功率，而在輸入電池包的階段將電壓降至電池包電壓。在降壓的過程，如果電池包電壓是600V，那么電流就會變成187.5kW/600V，即312.5A。

所以通過這種方式，相比普通的充電方案，從150kW充電功率提高至充電樁峰值187.5kW，如果電池包電壓更低，那么提升的幅度將會更大。

可以看到，升流充電的方式，最大的好處是更好地適配市面上的存量充電樁，即在任何750V充電樁上都可以跑滿功率。

大電流帶來的新挑戰(zhàn)

市面上，提高充電功率的思路，大部分是從兩個方面入手，一是從充電樁上，采用自建充電樁，液冷充電線纜等提高電壓和電流；二是提高電池的充放電能力，比如理想的5C電池包。

確實(shí)這種是徹底提升充電功率，實(shí)現(xiàn)充電和加油時間差不多的方式。不過面對市場上存量的充電樁，盡可能提高充電功率也是一種思路。

相比之下，降壓升流充電相比以往的升壓充電，更大的電流也帶來了很多新的挑戰(zhàn)。

首先是在電池上，電池本身具有內(nèi)阻，增大充電電流會增加電池內(nèi)部的熱量生成，這對電池包冷卻系統(tǒng)帶來了更大的壓力。同時，升流充電要求更復(fù)雜和精確的電池管理策略，BMS需要能夠?qū)崟r監(jiān)測電池狀態(tài)并調(diào)整充電參數(shù)，以防止過充或過放，同時確保電池溫度和電壓在安全范圍內(nèi)。

同時大電流對于導(dǎo)線和連接器的要求也更高。首先導(dǎo)電線纜需要足夠的截面積，以減少電阻和電壓降；連接器需要能夠承載高電流，具有足夠的截面積和適當(dāng)?shù)男螤?，以降低電阻并提?a target="_blank">機(jī)械強(qiáng)度。

比如Amphenol的1000V 14mm雙孔金屬180°大電流高壓連接器系列中，在屏蔽線95mm2尺寸下最大可負(fù)載電流為400A，在120mm2尺寸下最大可負(fù)載電流為450A。

對于降壓部分，從比亞迪的方案來看，同樣是復(fù)用電驅(qū)系統(tǒng)的電路。在Buck降壓轉(zhuǎn)換電路中，電流通過電感，將能量以磁的形式存儲在電感中，通過控制開關(guān)管的導(dǎo)通和斷開，基于電感的自感應(yīng)特性，就可以將電磁能轉(zhuǎn)化為電能。同時電容起到平滑輸出電壓的作用，加上通過PWM控制，來降低輸出的電壓。

而在這個過程中，電感的散熱也是一個難點(diǎn)之一，在降壓的過程中，電感起到類似于燃油車變速箱的作用。所以可能需要支持大電流，散熱更強(qiáng)的電感。比如科達(dá)嘉的VPAB系列一體成型大電流電感，電感值0.82μH~3.30μH，飽和電流176A~335A，通過AEC-Q200標(biāo)準(zhǔn)最高級別Grade 0測試，產(chǎn)品工作溫度-55℃~+165℃。

小結(jié)：

升流快充要解決的問題，主要是對存量充電樁進(jìn)行適配，實(shí)現(xiàn)大多數(shù)場景下都能達(dá)到盡可能高的充電功率。不過隨著電動車市場的發(fā)展，充電樁也將會繼續(xù)往更大功率發(fā)展，包括國標(biāo)也有chaoji充電接口的備選方案，預(yù)留了1000A以上的超大功率充電空間，而此前250A限制的2015版充電國標(biāo)，也早已有了升級版。 所以升流快充未必會在未來有很大發(fā)展空間，但在現(xiàn)階段確實(shí)是一個較為實(shí)用，有效提高充電體驗(yàn)的方案。